英國UCL近紅外腦功能成像系統

UCL近紅外腦成像系統NTS

一、產品概述

英國UCL大學生物醫學光學研究實驗室研制開發的NTS近紅外光學腦成像系統是一種可以提供256個fNIRS多通道功能、高規格的功能性近紅外光譜成像（fNIRS）設備。NTS系統用途廣泛，幾乎可以以任何配置輕松應用于成人、兒童或嬰兒。系統靈活且適應性強，硬件、信號檢測方法和帽子的設計旨在讓用戶以任何可以想象的配置來布置光源和探測器光纖，從而可以在任何被試上進行任何大腦皮層區域的研究。NTS可以獲得高質量的數據，其光源-探測器的間距范圍從12mm到40mm以上，可對大腦淺層組織和較深的大腦區域進行采樣。系統與各種神經監測、神經成像和神經刺激設備*兼容，高質量的玻璃光纖，確保系統的技術與EEG、tDCS和TMS設備之間的干擾為零，可實現多模態腦功能測試和團體超掃描測試。

功能近紅外光譜成像技術（fNIRS）使用光來監測人腦功能。該技術通過將近紅外光傳輸到頭皮，然后在幾厘米遠的地方檢測散射回頭皮的光，可以測量大腦中氧合和脫氧血紅蛋白濃度的變化。由于腦活動和局部血流之間存在密切的聯絡，血紅蛋白濃度的這些變化提供了腦功能的可靠度量。NTS fNIRS系統處于這一技術增長的前沿，以易于使用和便攜的方式安全地研究人腦功能。

相比其他腦功能成像技術，近紅外腦功能成像技術具有良好的空間分辨率、較高的采樣率、更多的測量指標、良好的舒適性和較低的成本等優點，在認知神經科學和臨床研究中有著較為廣泛的應用；同時由于其抗運動干擾性強、便攜可穿戴等特點，系統在運動科學、腦機接口等領域的價值也逐漸被研究者所認識。具體應用案例包括駕駛員的認知負荷研究、多模態腦機接口研究、操作人的情緒狀態研究等。

二、產品特點

NTS系統的核心優勢：靈活的系統配置與高質量的數據。

●內置的靈活性：NTS從*天開始就盡可能被設計得靈活且適應性強。系統的硬件、信號檢測方法和帽子旨在讓用戶以任何可以想象的配置來布置NTS光源和探測器光纖，從而可以在任何被試上進行幾乎任何皮層區域的研究。

●高質量的數據：大量研究表明，短距離fNIRS通道可用于顯著提高fNIRS測量的可靠性和特異性。這是因為fNIRS測量對頭皮血管中血容量的變化敏感。短距離fNIRS測量僅對這些表面信號敏感，因此可以用來改善fNIRS的大腦特異性測量。NTS成像系統的靈活性使用戶能夠輕松將多個短距離測量結果納入其陣列設計，而無需光纖或單獨的探測器。系統的光源-探測器的間距范圍從12mm（對淺層組織進行采樣）到40mm以上（對皮層和較深的大腦區域進行采樣）。

●多模態腦功能測試：NTS系統與各種神經監測、神經成像和神經刺激設備*兼容。系統使用高質量的玻璃光纖，確保我們的技術與EEG、tDCS和TMS設備之間的干擾為零。NTS系統還旨在促進fNIRS和EEG的同時使用：系統的帽子允許EEG電極直接集成在NTS光纖上，NTS系統可以輕松地與幾乎所有EEG設備同步。

短距離fNIRS通道

倫敦大學腦與認知發展中心（CBCD，也稱為Babylab）研發兒童帽子

三、功能應用

1、fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描系統：NTS提供了fNIRS Hyperscanning腦功能超掃描解決方案，fNIRS超掃描系統的模塊化設計可以提供2人以上實時同步進行腦功能超掃描測試使用并支持*的數據同步。fNIRS超掃描技術提供了比fMRI超掃描技術更為真實的實驗環境、比EEG超掃描技術更好的空間精度，正成為認知與行為研究中的重要研究工具。

2、EEG-fNIRS多模態腦功能測試系統: UCL高密度近紅外腦功能成像系統可以和NeurOne高精度腦電測量系統搭配使用，將EEG和fNIRS進行整合發揮二者的優勢，EEG的時間分辨率高，但是空間分辨率低；fNIRS的時間分辨率低，實時性較差，但是空間分辨率高。為了準確、全面、實時的測量大腦在認知過程中的活動，實現全面、實時的腦成像方式無疑是一種更好的策略。結合EEG與fNIRS的多模態腦成像技術在認知神經科學研究中有著很好的應用前景，同時還可搭建多模態腦-機接口系統。

EEG-fNIRS多模態腦功能測試系統

四、系統組成

NTS系統主要組成包括：光纖，帽子，軟件。

●光纖：NTS采用高質量、輕便和柔軟的玻璃光纖束，可提供出色的光耦合和傳輸。系統光纖是由薄包層光纖構成的，以提供大的堆積率，從而增加了光的收集。源光纖束是分叉的，并且是不相干的，以允許將兩個波長的光傳輸到頭皮上的*相同的點。Gowerlabs的光纖束有嬰兒、成人、成人+三種不同的設計，保證不同人群使用的舒適性。

●帽子：公司在帽子開發和設計方面擁有數十年的經驗。系統的fNIRS帽子解決方案有兩種主要樣式，可適合各種頭部形狀和尺寸，并且能夠收集高質量的fNIRS數據。我們還提供定制的陣列設計和優化程序，該程序使用解剖學和光子傳輸建模方法來確保提供的陣列適合您的實驗項目。

●軟件：NTS數據采集軟件的設計和開發基于多年在成人、兒童和嬰兒中進行的fNIRS研究經驗，與眾多經驗豐富的fNIRS研究人員一起完成。軟件具有用戶友好且可擴展的界面、信號優化、數據質量保證和實時反饋、靈活的事件標記、開放的數據格式等特點。

五、同步方案

英國UCL全系列近紅外腦功能成像系統通過結合ErgoLAB人機環境同步云平臺可以實現在不同實驗環境條件下對智能化人機系統進行主觀和客觀定量的人機交互測試、人因與工效學分析與評價：通過ErgoLAB人機環境同步云平臺與廣泛的數據同步，將近紅外腦成像數據與廣泛的數據同步，包括常用的身體數據GSR皮膚電，呼吸和心率等、EEG腦電，眼動、人體動作，行為觀察、面部表情、生物力學、人機交互。實現極低延遲的同步水平同時確保您的整體方案的便攜性。

數據分析平臺：如果研究人員希望得到比實時觀察更深入、全面的結論， ErgoLAB平臺可提供數據后期分析的強大工具。

ErgoLAB人機環境同步云平臺綜合統計分析模塊包含多維度人-機-環境數據綜合分析、EEG腦電分析與可視化、眼動分析與可視化、行為觀察實時編碼分析、面部表情分析與狀態識別、動作姿態傷害評估與工效學分析、交互行為分析（ErgoLAB/ErgoVR人機交互測試版本）、時空行為分析、車輛與駕駛行為分析（ErgoLAB駕駛版本）、HRV心率變異性分析、EDA/GSR皮電分析、RESP呼吸分析、EMG肌電分析、General通用信號分析（如TEMP/SKT皮溫/體溫分析、EOG眼電分析以及其他環境與生物力學信號分析）。系統具備專門的信號處理模塊以及開放式信號處理接口，可以直接導出可視化分析報告以及原始數據，支持第三方集成與定制開發。津發科技提供定制開發服務，與人因工程與工效學分析評價領域相關的算法模型、軟硬件產品與技術可深入研發，詳情咨詢津發科技！

六、廠家介紹

北京津發科技股份有限公司是國家*、*認定的科技型中小企業和中關村*，具備國家軍工保密裝備科研生產保密資質，具備自主進出口經營權；自主研發的人因工程與工效學相關技術、產品與服務榮獲多項省部級科學技術獎勵、國家發明專注、國家軟件著作權和省部級新技術新產品（服務）認證；通過了歐洲 CE、美國 FCC、歐盟 RoHS、ISO9001、ISO14001、OHSAS18001 等多項認證和國家防爆認證。

津發科技設立人因工程專業的學術科研團隊、技術團隊及研發團隊，并通過多年與科研機構及高校的產學研合作，積累了人因與工效學領域多項核心技術，以及基于機器學習等人工智能算法的狀態識別和人機工效評價技術與研究方法等，是國內*的人因工程技術創新中心！津發科技技術與科研團隊提供全方面的技術支持及學術服務，從實驗室建設的規劃與布局，到技術與學術培訓與指導，全方面多角度提供實驗室建設全生命周期的服務。

英國UCL倫敦大學學院生物醫學光學研究實驗室（BORL）衍生了Gowerlabs。實驗室在過去30年中*推廣了近紅外光譜腦功能成像技術。與UCL的一體化意味著Gowerlabs在fNIRS設備的設計、制造和應用方面擁有的經驗，并且始終站在開發新技術和新數據分析方法的前沿。Gowerlabs（UCL）fNIRS系統已在四大洲的機構中使用，包括：劍橋大學，牛津大學，倫敦大學學院，瑞典哥德堡大學，美國波士頓兒童醫院，美國普林斯頓大學和香港大學。

英國倫敦大學學院（UCL）是享譽世界的綜合研究型大學，在多個世界大學排行榜上位居*。UCL生命科學暨臨床科學研究院擁有英國規模大、久負盛名的醫學和生命科學研究聚合體，以教學及學術研究享譽。UCL腦科學學院在控制身體機能的神經通路、認知和心理等確定人類行為的研究和教學領域處于*地位，是的。

七、參考文獻